駱河大橋靜載試驗研究

姚廣柱,岳英龍,王進華,劉愛華

(1.山東泰華路橋工程有限公司;2.煙臺職業學院;3.山東格瑞特監理咨詢有限公司)

1 工程概況

駱河大橋位于鶴大公路雞西至柳樹段,該橋現已運營6年,為了確定其實際工作狀況及受力狀態,評定該橋是否能繼續安全為交通運輸服務,對駱河大橋進行了靜荷載試驗。該橋為 7孔鋼筋混凝土部分預應力箱梁,設計荷載為汽車 -超 20級,掛車 -120,墩臺采用四肋式橋臺、三柱式墩,鉆孔樁基礎。

2 靜載試驗內容和方法

橋梁靜載試驗是通過對結構直接加載并利用各種試驗儀器來檢測結構在靜力試驗荷載作用下的應變和撓度,從而確定結構在外力作用下所發生的變化和梁體的整體工作狀態的試驗方法。它是檢驗橋梁結構實際性能,如結構的強度、剛度等最直接、最有效的方法。

2.1 試驗項目

(1)撓度檢測。

(2)應變檢測。

2.2 測試斷面及測點布置

本次試驗梁選擇主橋岸邊無水橋孔(2#～3#墩之間的橋孔)為靜載試驗孔。

2.3 試驗工況及加載位置

根據跨中截面的受力最不利布置,我們選用試驗用車為4臺,模擬荷載公路 -I級加載。荷載布置時,縱向按影響線進行最不利荷載布置,由于本橋跨徑比較小,只測取跨中正彎矩。為驗證跨中截面的最大正彎矩效應、最大撓度效應,進行兩種工況加載。

工況 1:橫向兩輛車偏心布載,縱向使跨中彎矩最大;

工況 2:橫向兩輛車中心對稱布載,縱向使跨中彎矩最大。

3 試驗結果與分析

3.1 橋梁荷載試驗效率

根據新規范,對駱河大橋以公路 -I級為標準進行驗算,試驗荷載效率見表 1。

表1 加載試驗計算值及荷載效率 kN?m

工況 1荷載試驗效率為 0.926,滿足基本荷載試驗要求1.0≥η＞0.8。

3.2 撓度測試與分析

結構校驗系數η是評定橋梁結構工作狀況,確定橋梁承載能力的一個重要指標。

式中:Se為試驗荷載作用下實測的變位值;Ss為試驗荷載作用下理論計算變位值。

根據跨中截面 A影響線按最不利布載,理論與實測結果對比如下。

(1)工況 1偏心荷載作用下的撓度測試。

工況 1偏心荷載作用下的撓度測試,見表 2。

工況 1各測點撓度校驗系數在 0.515～0.722之間,介于預應力混凝土橋梁撓度校驗系數常值 0.6～0.9之間。各測點的相對殘余變形小于5%,說明橋梁結構處于良好的彈性工作狀態。

從圖 1可知,實測值遠小于理論值,根據實驗結果折算的相應于扣除恒載的短期荷載組合的相對撓度最大試驗值為 1/1 814,滿足規范要求 1/600,說明結構豎向剛度滿足公路 -I級荷載的設計和使用。根據 1#梁測試的L/4跨、L/2跨和 3L/4的撓度測試結構,按拉格朗日插值模擬的 1#梁四次方撓度曲線,如圖 2所示。

圖 1 截面各測點實測撓度與理論計算值對比圖(工況 1)

圖 2 1#梁荷載作用下撓曲線圖(工況 1)

(2)工況 2居中荷載作用下的撓度測試。

工況 2居中荷載作用下的撓度測試,見表 3。

工況 2各測點撓度校驗系數在 0.367～0.760之間,介于預應力混凝土橋梁撓度校驗系數常值 0.6～0.9之間。各測點的相對殘余變形小于 5%,說明橋梁結構處于良好的彈性工作狀態。

圖 3 截面各測點實測撓度與理論計算值對比圖(工況 2)

表3 截面各測點實測撓度與理論計算值對比表(工況 2)

從圖 3可知,實測值遠小于理論值,根據實驗結果折算的相應于扣除恒載的短期荷載組合的相對撓度最大試驗值為 1/2 193,滿足規范要求 1/600,說明結構豎向剛度滿足公路 -I級荷載的設計和使用。根據 1#梁測試的L/4跨、L/2跨和 3L/4的撓度測試結構,按拉格朗日插值模擬的 1#梁八次方撓度曲線,如圖 4所示。

3.2 應變測試與分析

根據橋跨結構各控制截面加載工況,靜載試驗中測得的板梁控制截面各部位應力值均為加載后的應力增量值,下面將理論計算的應變增量值與實測的應變增量值進行比較。

(1)工況 1偏心荷載作用下的混凝土應變的測試。工況 1偏心荷載作用下的混凝土應變的測試值,見表4。

圖 4 1號梁荷載作用下撓曲線圖(工況 2)

表 4 各截面應力/應變與理論計算值對照表(工況 1/με)

工況 1各測點混凝土的校驗系數在 0.206～0.9之間,且均小于 1,測點校驗系數介于預應力混凝土橋梁應變校驗系數常值 0.5～0.9之間。各測點的相對殘余變形小于 5%,說明橋梁結構處于良好的彈性工作狀態。偏心荷載作用下1號梁跨中截面實測應變回歸曲線如圖 5所示。

圖 5 1號梁跨中截面實測應變回歸曲線圖(工況 1)

從圖 5可以看出,測試的應變基本在一條直線上,符合虎克定律的平面假設,說明在本次試驗菏載作用下,該橋橋梁結構處于彈性范圍之內。

(2)工況 2居中荷載作用下的混凝土應變的測試。

工況 2居中荷載作用下的混凝土應變的測試值,見表5。

工況 2各測點的校驗系數在 0.269～0.940之間,大部分測點校驗系數介于預應力混凝土橋梁應變校驗系數常值0.5～0.9之間,且均小于 1。各測點的相對殘余變形小于5%,說明橋梁結構處于良好的彈性工作狀態。偏心荷載作用下 1號梁跨中截面實測應變回歸曲線,如圖6所示。

從圖 6可以看出,測試的應變基本在一條直線上,符合虎克定律的平面假設,說明在本次試驗荷載作用下,該橋橋梁結構處于彈性范圍之內。

表 5 各截面應力/應變與理論計算值對照表(工況 2/με)

圖 6 1號梁跨中截面實測應變回歸曲線圖(工況 2)

4 結 論

(1)工況 1、2對 1#梁的荷載試驗效率為 0.926、0.75,基本滿足基本荷載試驗要求 1.0對 2#梁荷載試驗效率為0.942,滿足基本荷載試驗要求 1.0≥η＞0.8。

(2)在試驗工況 1、2中,各測點撓度校驗系數在 0.367～0.76之間,介于預應力混凝土橋梁撓度校驗系數常值 0.6～0.9之間,說明該橋的剛度能夠滿足正常的使用要求,并且具有一定的安全儲備。卸載后各測點的相對殘余變形小于 5%,說明橋梁結構處于良好的彈性工作狀態。

(3)在試驗工況 1、2中,各測點混凝土的校驗系數在0.206～0.940之間,且均小于 1,大部分測點校驗系數介于預應力混凝土橋梁應變校驗系數常值 0.5～0.9之間,說明該橋的結構強度能夠滿足設計要求,且有一定的安全儲備。卸載后各測點的相對殘余變形小于 5%。說明橋梁結構處于良好的彈性工作狀態。

綜上所述,該橋的承載能力和結構剛度均能滿足設計要求,能夠滿足正常的交通運輸要求。

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